藍牙Mesh的設計注意事項

藍牙是一種無處不在的通信協議，在消費電子，醫療保健，工業自動化和資產跟蹤中有無數的應用。現在，通過添加低功耗藍牙（BLE）網格作爲網絡層，甚至可以同時控制和監視數百個（甚至數千個）設備。但是，這些新功能爲開發人員增加了複雜性。
藍牙的衆多優勢已使其無處不在。藍牙標準由藍牙特別興趣小組（SIG）維護和改進，該小組在撰寫本文時在150個國家/地區擁有約33,000個成員。原始標準指定了點對點（1：1）連接，後來又添加了多點（一對多或1：m）和網格（許多對多或m：m）。經典藍牙支持基本速率（BR）和增強數據速率（EDR）的1：1和1：m通信。低功耗藍牙（BLE）是唯一支持m：m網狀網絡的模式。
BLE Mesh網絡的出現進一步擴大了藍牙潛在應用的規模和範圍。BLE Mesh支持超過30,000個網絡節點，可以處理跨越大型建築物，醫療保健企業和校園的應用程序。
藍牙的採用已迅速增長，並預計將繼續快速發展（圖1）。如此廣泛的使用使藍牙網絡幾乎遍及所有平臺，包括智能手機和平板電腦，智能手錶，筆記本電腦以及從鍵盤和鼠標到揚聲器和耳機的外圍設備。這種跨接口的普遍性以及各個品牌之間廣泛的互操作性建立了已安裝的基礎以及開發人員/用戶的熟悉度，這使藍牙成爲許多新應用程序的顯而易見的選擇。
1.藍牙在整個終端市場中繼續廣泛使用，隨着時間的推移，低功耗模式將扮演越來越重要的角色。
BLE網格概述
BLE Mesh網絡中的每個設備都必須滿足規範中確定的基本要求。本節概述了使用藍牙SIG所採用的術語的那些要求。 網狀網絡拓撲 網狀網絡拓撲具有兩個重要優勢：幾乎無限的可擴展性和高彈性，這兩者都促使該協議在產品設計工程師中廣受歡迎。這些優勢源於多對多通信，這些通信形成了整個網絡中從源到目的地的多條路徑。
2. BLE Mesh幾乎無限的可擴展性和高彈性使其適用於各種新的和苛刻的用例。
3. m：m連接可確保成功進行通信，即使多個節點發生故障或暫時或永久退出服務也是如此。換種說法：BLE Mesh網絡可以擴展到很遠而沒有任何單點故障。
網格節點類型
可擴展拓撲使BLE Mesh網絡理論上最多支持32,767個節點，這個數目對實際應用沒有實際限制。該標準定義了四種類型的節點，並且可以將任何單個節點配置爲支持多種類型：
中繼節點重新傳輸或中繼接收到的消息，以在整個網狀網絡中傳播它們。僅當消息的生存時間（TTL）值大於零時，纔會中繼消息。除低功耗節點外，所有BLE Mesh設備均應支持此功能。
低功耗節點（LPN）主要用於電池供電的低佔空比傳感器。爲了最大程度地降低功耗，通常會爲LPN分配一個伴隨的“朋友節點”，以充當消息的中介。
朋友節點代表其分配的LPN接收消息，並將消息存儲在隊列中以備以後傳遞。每個LPN都會定期“喚醒”並輪詢其Friend Node以接收可能在其隊列中的任何新消息。
代理節點在BLE Mesh網絡中的面向連接的通用屬性（GATT）承載和廣告承載之間中繼消息。此功能使支持BLE（但不支持BLE Mesh堆棧）的設備能夠與網狀網絡通信，而無需專用網關或其他特殊規定。
網格節點元素
每個節點都必須具有定義其基本功能的主要標識元素。它們還可以可選地具有一個或多個輔助元素以定義其他功能。例如，開關（主要元件）也可能具有佔用傳感器作爲次要元件。或者，佔用傳感器（主要元素）也可能具有照明級別傳感器作爲次要元素。
網狀網絡地址
BLE Mesh網絡中有四種類型的地址，所有這些地址都是在安全設置過程中分配的。請注意，地址已分配給元素，這意味着具有多個元素的節點將具有多個地址。
單播地址唯一地標識每個單獨的元素，以實現點對點通信。
組地址代表啓用多播通信的多個元素。藍牙SIG定義了四個固定組地址：全代理，全友，全中繼和全節點。
虛擬地址創建元素或節點的虛擬組，以啓用其他動態多播通信功能。
未分配的地址標識尚未配置其單播，組和/或虛擬地址的元素。
網格節點模型
BLE Mesh節點採用三種不同類型的模型之一：客戶端，服務器或控制。這些模型由節點的一個或多個基本功能決定，因爲可以在單個節點中實現多個模型。
服務器模型包含並公開元素的狀態；例如，照明器打開或關閉或處於某個中間亮度水平。
客戶端模型通過發送和接收消息與服務器模型進行交互。例如，當使用開關關閉或調暗燈具時。
控制模型在單個節點中結合了客戶端和服務器模型，並且通常包括控制邏輯（即規則和行爲）。例如，具有環境光傳感器的室外照明器可以被配置爲在黃昏時打開並且在黎明時關閉並且可以打開和關閉室內入口照明器。